液體結構或是金屬玻璃形成過程中的核心奧秘

研究人員剛剛發現液體在某些情況下具有結構，在金屬玻璃神秘和複雜的形成過程中，該結構發揮了顯著的影響。

像塑料一樣可塑，但像金屬一樣堅固，金屬玻璃又稱非晶態合金，既有金屬和玻璃的優點，又克服了它們各自的弊病．如玻璃易碎，沒有延展性。

大部分的金屬在冷卻時都會結晶，把它們的原子排列成有規則的圖案——晶格 。但如果結晶不出現，原子便會隨機排列，成為金屬玻璃 。金屬玻璃由複雜的多組分合金製成，並不透明。它們獨特的性質恰來自於從液態冷卻到固態時，材料原子隨機排列的過程。但是，控制這一過程並充分利用這些材料已經被證明是十分棘手的工藝難題，因為冷卻過程中所發生的一系列物理過程，對科學家來說還有很多未知之處。

發表在Nature Communications上的一項新研究揭示了部分答案。

由Caroline和Douglas Melamed機械工程與材料科學助理教授Judy Cha領導的研究團隊發現，處於液態的金屬玻璃會周期性地形成晶體結構——自由移動的原子將自身排列成某些圖案。該事件發生在液態和固態的界面處——即，當熔融材料已部分固化時，緊挨著的液體部分形成獨特結構，使得材料凝固的速度比其它情況快20倍。

「我們正在填補已知和未知間的鴻溝，」Cha說，他也是耶魯大學西校區能源科學研究所的成員。「結晶科學屬於非常成熟的研究領域，但很多基本的問題依然未有答案。」

研究人員使用透射電子顯微鏡實時觀察納米級金屬玻璃棒的結晶過程。由於能夠以原子尺度觀察材料，他們發現如果液體形成結構，金屬玻璃將以每秒15至20個原子的速率結晶。當它沒有出現結構時，速率約為每秒3到5個原子。

Cha實驗室的博士候選人和論文的第一作者Yujun Xie指出，後續的探索方向是進一步擴大新知識的應用範圍。

他說：「是否能通過我們的研究去深入了解其他材料的形成過程，以及我們應該如何設計和控制其他材料的結構與生產？」

該研究的其他作者包括Sungwoo Sohn，Minglei Wang，Huolin Xin，Mark D. Shattuck，Corey S. O"Hern和Jan Schroers。

本文譯自 phys，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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